宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)证据，科(kē)学(xué)家们(men)在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理(lǐ)一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对(duì)于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越(yuè)远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一(yī)种我们(men)看不到的(de)物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还(hái)不(bù)够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的(de)方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过(guò)什么(me)来(lái)验证(zhèng)它(tā)的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本(běn)身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了(le)什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示(shì)温度(dù)较高(gāo)的区域(yù)，蓝色kj完是吞了还是吐了知乎，kj是不是很恶心则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它们之(zhī)间的(de)温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地(dì)方，意(yì)大利的格(gékj完是吞了还是吐了知乎，kj是不是很恶心)兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的科(kē)学家声称观(guān)测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会(huì)在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质的第一(yī)个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那(nà)么(me)如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gékj完是吞了还是吐了知乎，kj是不是很恶心)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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